在工程檢測中,有關(guān)土的密度的名詞,有密度、原位密度、相對密度、壓實度等多種叫法,從字面理解可能會給初學者帶來不少困擾,本文對這些名詞略做辨析,并試圖在工程檢測工作中將其歸類統(tǒng)一,以給該類試驗用表的設計與編制提供借鑒。
土的密度通常是考慮剔除水分后的干密度。從物理學上說,密度有時候也等同于物質(zhì)的比重,比重沒有量綱,是物質(zhì)密度與4℃純水密度的比值。工程中土的密度和土的比重則是嚴格區(qū)分的,前者考慮了土顆粒間空隙(孔隙)的影響,后者側(cè)重于礦物本身的密度或僅僅考慮了封閉孔隙的影響,因此土的比重在數(shù)值上也可以等同于表觀密度。
原位密度其實就是密度,側(cè)重于表達以土作為建筑材料堆積成的構(gòu)筑物,如堤或壩,道路工程中的路基也是典型的土體構(gòu)筑物。在地質(zhì)勘查中,天然狀態(tài)的地層密度也可以稱之為原位密度,通常以鉆探取出未擾動的地層樣品送到室內(nèi)測試。這里要順便說一下工程中的土,除了植花種草用的土壤(細粒土),也可以是河灘上的大小砂礫石(粗粒土),甚至那些比人還高的巨石(巨粒土),所以,工程人可以自豪地說,一切都是塵埃。
接著說壓實度,壓實度是原位密度與該類土地的室內(nèi)擊實試驗所得最大干密度的比值,是一個計算指標,表征土顆粒的密實程度,這個比較容易理解。壓實度多用于表征細粒土的密實程度,粗粒土則用相對密度較為多見。從擊實試驗的原理看,最大干密度這個指標的叫法其實應該叫做“標準擊實功時的密度”或者“標準干密度”更科學。從理論上說,在干濕程度優(yōu)越的情況下,只要工程中壓實的功超越標準擊實功,壓實度就可以大于100%。
相對密度,它是無粘性土填筑密實程度的一個計算指標,是土體密度介于該類土最松散狀態(tài)和最緊密狀態(tài)之間的哪個位置的度量,是一個無量綱的指標,可以認為和壓實度是同類概念,但跟密度完全不是一回事兒。在開展相對密度計算之前,我們需要在室內(nèi)測試該類無粘性土(具有穩(wěn)定的顆粒形狀和級配關(guān)系)最松散狀態(tài)下的密度(最小干密度),以及最緊密狀態(tài)下的密度(最大干密度)。無粘性土主要是指不含細顆粒成分或細顆粒成分很少的粗顆粒土,例如我們通常說的砂或礫就是典型的無粘性土,這類土一般不用壓實度去表達土顆粒的緊密程度。
除了上面所屬的壓實度、相對密度指標,還有一種表征密實程度的指標叫做空隙率(孔隙率)。空隙率和填充率相對,二者相加為1。填充率是密度與土的礦物密度的比值,和壓實度相比,二者分子相同,分母不同,通常用于堆石堤壩的堆積壓密程度的判定??障堵?孔隙率)的寫法,也是工程材料里的糾結(jié)賬,各個行業(yè)的叫法也多有不同。一般來說,孔隙(pore),側(cè)重于表達堆積礦物本身的孔隙,多是指封閉的孔隙,但有時候也包含與外界連通的孔隙。而空隙(void)是礦物顆粒間的大空隙,很多時候也包含礦物本身封閉孔隙和連通孔隙。在巖土工程中有一個指標叫做“孔隙比”,這時候不能以“空隙比”代替,這個概念相對固定。所以,我覺得空隙率可能比孔隙率更好理解,也符合大眾認知,而且工程文獻或工程圖紙上也常常有這樣的寫法,作為推薦寫法。
綜上,壓實度、相對密度、空隙率都是在測出原位密度后計算所得的二級指標,然后將之與設計或規(guī)范提出的相應技術(shù)要求比對,做出評定。因此,我建議在工程檢測中將該類試驗統(tǒng)一稱之為“原位密度”,可以體現(xiàn)這類試驗的實質(zhì)。同時,可按照評定指標的不同,將該類試驗報告分列以下三種形式:
A原位密度(壓實度類)報告,涉及的試驗或指標有含水率試驗、環(huán)刀法密度試驗或灌砂法密度試驗或灌水法密度試驗、擊實試驗、壓實度(僅計算指標,之所以獨立出來,是試圖實現(xiàn)密度試驗相關(guān)用表的獨立通用,下同)。
B原位密度(相對密度類)報告,涉及的試驗參數(shù)或指標有含水率、灌砂法密度試驗或灌水法密度試驗或環(huán)刀法密度試驗(通常不用環(huán)刀法)、相對密度試驗(最大干密度、最小干密度)、相對密度(指標)。
C原位密度(空隙率類)報告,涉及的試驗或指標有含水率試驗、灌砂法密度試驗(默認必選)或灌水法密度試驗(可選)或環(huán)刀法密度試驗(通常不用環(huán)刀法)、比重試驗、空隙率(指標)。
以上三種類別分解了相關(guān)相關(guān)試驗,考慮了密度試驗的共性特征,也就是說僅設計一套環(huán)刀法、灌砂法、灌水法密度試驗表格即可。